uji tarik diberi pembebanan pada kedua arah sumbunya. Pemberian beban pada kedua arah sumbunya diberi beban yang sama besarnya.

Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada material. Dimana spesimen uji yang telah distandarisasi, dilakukan pembebanan uniaxial sehingga spesimen uji mengalami peregangan dan bertambah panjang hingga akhirnya patah. Pengujian tarik relatif sederhana, murah dan sangat terstandarisasi dibanding pengujian lain. Hal-hal yang perlu diperhatikan agar penguijian menghasilkan nilai yang valid adalah; bentuk dan dimensi spesimen uji, pemilihan grips dan lain-lain.

1. Bentuk dan Dimensi Spesimen uji

Spesimen uji harus memenuhi standar dan spesifikasi dari ASTM E8 atau D638. Bentuk dari spesimen penting karena kita harus menghindari terjadinya patah atau retak pada daerah grip atau yang lainnya. Jadi standarisasi dari bentuk spesimen uji dimaksudkan agar retak dan patahan terjadi di daerah gage length.

1. b.      Grip and Face Selection

Face dan grip adalah faktor penting. Dengan pemilihan setting yang tidak tepat, spesimen uji akan terjadi slip atau bahkan pecah dalam daerah grip (jaw break). Ini akan menghasilkan hasil yang tidak valid. Face harus selalu tertutupi di seluruh permukaan yang kontak dengan grip. Agar spesimen uji tidak bergesekan langsung dengan face.

Beban yang diberikan pada bahan yang di uji ditransmisikan pada pegangan bahan yang di uji. Dimensi dan ukuran pada benda uji disesuaikan dengan estándar baku pengujian.

Gambar 2. Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji tarik

 Kurva tegangan-regangan teknik dibuat dari hasil pengujian yang didapatkan.

Gambar  3.  Contoh kurva uji tarik

Tegangan yang digunakan pada kurva adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan teknik tersebut diperoleh dengan cara membagi beban yang diberikan dibagi dengan luas awal penampang benda uji. Dituliskan seperti dalam persamaan 2.1 berikut:

s= P/A0

Keterangan ;     s   : besarnya tegangan (kg/mm²)

P   : beban yang diberikan (kg)

A₀ : Luas penampang awal benda uji (mm²)

Regangan yang digunakan untuk kurva tegangan-regangan teknik adalah regangan linier rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan yang dihasilkan setelah pengujian dilakukan dengan panjang awal. Dituliskan seperti dalam persamaan 2.2 berikut.

Keterangan ;  e   : Besar regangan

L   : Panjang benda uji setelah pengujian (mm)

Lo : Panjang awal benda uji (mm)

Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik, laju regangan, temperatur dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan dan pengurangan luas. Dan parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan dua yang terakhir menyatakan keuletan bahan.

Bentuk kurva tegangan-regangan pada daerah elastis tegangan berbanding lurus terhadap regangan. Deformasi tidak berubah pada pembebanan, daerah remangan yang tidak menimbulkan deformasi apabila beban dihilangkan disebut daerah elastis. Apabila beban melampaui nilai yang berkaitan dengan kekuatan luluh, benda mengalami deformasi plastis bruto. Deformasi pada daerah ini bersifat permanen, meskipun bebannya dihilangkan. Tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan deformasi plastis akan bertambah besar dengan bertambahnya regangan plastik.

Pada tegangan dan regangan yang dihasilkan, dapat diketahui nilai modulus elastisitas. Persamaannya dituliskan dalam persamaan

Keterangan ;    E  : Besar modulus elastisitas (kg/mm²),

e : regangan

σ  : Tegangan (kg/mm²)

Pada mulanya pengerasan regang lebih besar dari yang dibutuhkan untuk mengimbangi penurunan luas penampang lintang benda uji dan tegangan teknik (sebanding dengan beban F) yang bertambah terus, dengan bertambahnya regangan. Akhirnya dicapai suatu titik di mana pengurangan luas penampang lintang lebih besar dibandingkan pertambahan deformasi beban yang diakibatkan oleh pengerasan regang. Keadaan ini untuk pertama kalinya dicapai pada suatu titik dalam benda uji yang sedikit lebih lemah dibandingkan dengan keadaan tanpa beban. Seluruh deformasi plastis berikutnya terpusat pada daerah tersebut dan benda uji mulai mengalami penyempitan secara lokal. Karena penurunan luas penampang lintang lebih cepat daripada pertambahan deformasi akibat pengerasan regang, beban sebenarnya yang diperlukan untuk mengubah bentuk benda uji akan berkurang dan demikian juga tegangan teknik pada persamaan (1) akan berkurang hingga terjadi patah.

Dari kurva uji tarik yang diperoleh dari hasil pengujian akan didapatkan beberapa sifat mekanik yang dimiliki oleh benda uji, sifat-sifat tersebut antara lain [Dieter, 1993]:

1. Kekuatan tarik
2. Kuat luluh dari material
3. Keuletan dari material
4. Modulus elastic dari material
5. Kelentingan dari suatu material
6. Ketangguhan.

2.2  Kekuatan Tarik

Kekuatan yang biasanya ditentukan dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh (Yield Strength) dan kuat tarik (Ultimate Tensile Strength). Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength / UTS), adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji.

di mana, S_u        = Kuat tarik

                   P_maks  = Beban maksimum

A₀       = Luas penampang awal

Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas.

Tegangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan bahwa nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai.

Kecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. Akan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali (reproducible). Kekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. Korelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan perancangan.

Tegangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh yang tergantung pada ketelitian pengukuran regangan dan data-data yang akan digunakan.

1. Batas elastik sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala regangan 2 X 10^-6 inci/inci. Batas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan beberapa ratus dislokasi.
2. Batas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.
3. Batas elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan. Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering digunakan pada kuliah rekayasa (10^-4 inci/inci), batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi beban (loading-unloading) yang membosankan.

2.3         Kekuatan luluh (yield strength)

Salah satu kekuatan yang biasanya diketahui dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh (Yield Strength). Kekuatan luluh ( yield strength) merupakan titik yang menunjukan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis [Dieter, 1993]. Besar tegangan luluh dituliskan seperti pada persamaan 2.4, sebagai berikut.

Keterangan ;   Ys  : Besarnya tegangan luluh (kg/mm²)

Py  : Besarnya beban di titik yield (kg)

Ao : Luas penampang awal benda uji (mm²)

Tegangan di mana deformasi plastis atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastis yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastis mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti.

Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat ini adalah kekuatan luluh ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan elastis ofset kurva oleh regangan tertentu. Di Amerika Serikat offset biasanya ditentukan sebagai regangan 0,2 atau 0,1 persen (e = 0,002 atau 0,001)

Cara yang baik untuk mengamati kekuatan luluh offset adalah setelah benda uji diberi pembebanan hingga 0,2% kekuatan luluh offset dan kemudian pada saat beban ditiadakan maka benda ujinya akan bertambah panjang 0,1 sampai dengan 0,2%, lebih panjang daripada saat dalam keadaan diam. Tegangan offset di Britania Raya sering dinyatakan sebagai tegangan uji (proff stress), di mana harga ofsetnya 0,1% atau 0,5%. Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode ofset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena metode tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau batas proporsional.

2.4     Pengukuran Keliatan (keuletan)

Keuleten adalah kemampuan suatu bahan sewaktu menahan beban pada saat diberikan penetrasi dan akan kembali ke baentuk semula.Secara umum pengukuran keuletan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal [Dieter, 1993]:

1. Untuk menunjukan elongasi di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi.
2. Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah.
3. Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan

2.5     Modulus Elastisitas

Modulus Elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.

Secara matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis sebagai berikut.

Dimana, s = tegangan

ε = regangan

Tabel 1 Harga modulus elastisitas pada berbagai suhu [Askeland, 1985]

2.6         Kelentingan (resilience)

Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya dihilangkan [Dieter, 1993]. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σ_o. Energi regangan tiap satuan volume untuk beban tarik satu sumbu adalah :

Uo = ½ σ_xе_x        

Dari definisi diatas, modulus kelentingan adalah :

Persamaan ini menunjukan bahwa bahan ideal untuk menahan beban energi pada pemakaian di mana bahan tidak mengalami deformasi permanen, misal pegas mekanik, adalah data bahan yang memiliki tegangan luluh tinggi dan modulus elastisitas rendah.

2.7         Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan (Toughness) adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah meninjau luas keseluruhan daerah di bawah kurva tegangan-regangan. Luas ini menunjukan jumlah energi tiap satuan volume yang dapat dikenakan kepada bahan tanpa mengakibatkan pecah. Ketangguhan (S₀) adalh perbandingan antara kekuatan dan kueletan. Persamaan sebagai berikut.

U_T ≈ s_u e_f

atau

Untuk material yang getas

Keterangan;    U_T  : Jumlah unit volume

Tegangan patah sejati adalah beban pada waktu patah, dibagi luas penampang lintang. Tegangan ini harus dikoreksi untuk keadaan tegangan tiga sumbu yang terjadi pada benda uji tarik saat terjadi patah. Karena data yang diperlukan untuk koreksi seringkali tidak diperoleh, maka tegangan patah sejati sering tidak tepat nilai

Sedikit berbagi pengetahuan kepada rekan-rekan mahasiswa, atau siapa saja yang tertarik terhadap ilmu material dan berupaya mendalaminya. Dalam postingan ini, saya membatasi hanya pada klasifikasi material saja. Adapun, pembahasan yang lain, insya Allah bersambung.

Material-material yang sering digunakan didalam masalah teknik di bagi menjadi 4 bagian besar :

1. Logam
2. Keramik
3. Polimer
4. Komposit

1. LOGAM

Logam yang digunakan sebagai bahan teknik terbagi menjadi 2 yaitu ;

1. logam berbahan dasar Fe (Ferro) atau besi
2. Logam yang tidak berbahan dasar Ferro (non Ferro)

Logam berbahan dasar Fe di bagi menjadi :

1. Baja

Baja adalah paduan antara Fe dan C (besi dan karbon), karbon maksimum dari baja adalah 2,1 %. Karbon didalam baja membentuk karbida besi (Fe3C atau sementit)

Berdasarkan komposisi kimia baja dapat di bagi :

Baja karbon :

@. Baja karbon rendah = %C < 0.2%

@. Baja Karbon sedang = 0.2 > %C < 0.5

@. Baja karbon Sedang = %C > 0.5%

Baja Paduan:

Baja terdiri dari unsur Fe+C, tetapi dalam pembuatan baja tersebut ditambahkan unsur-unsur paduan yang dapat mempengaruhi sifat-sifat dari baja tersebut. Unsur-unsur paduan yang biasa ditambahkan dalam pembuatan baja seperti : Mn, Al, Ni, Cr, S, P, Mg, Si, dsb.

Baja paduan di bagi berdasarkan jumlah persentase unsur paduan yang di tambahkan

@ baja paduan rendah = apabila jumlah unsur paduannya < 5% , jumlah ini    tidak merubah sifat baja secara luas.

@ baja paduan tinggi = apabila jumlah unsur paduannya >5%, jumlah ini akan mempengaruhi sifat baja secara luas contoh : baja tahan karat dengan unsur paduan Cr >12%.

Berdasarkan Fungsi baja dapat dibagi :

– baja Konstruksi

– Baja Perkakas

– Baja Temperatur tinggi

2. Besi Cor

Besi cor terdiri dari Fe+C , Komposisi karbon pada besi cor di atas 2,1%. Karbon bebas dari besi cor berupa Grafit yang memiliki sifat getas.

Dari bentuk grafit besi cor dapat dibagi menjadi :

–          Besi cor putih ( tidak memiliki grafit dan sifatnya hampir sama dengan baja karbon tinggi)

–          Besi Cor Kelabu (grafit berbentuk pipih)

–          Besi cor nodular (grafit berbentuk bulat)

–          Besi cor maliable( grafit berbentuk bunga)

(Gambar struktur mikro besi cor dapat dilihat pada lampiran. red)

Sifat –sifat umum dari LOGAM

–          Konduktifitas listrik dan termal yang tinggi

–          Sifat-sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan) umumnya tinggi

–          Masa Jenis relatif tinggi

–          Bersifat korosi

–          Warna yang khas dan tidak transparan

2. KERAMIK

Klasifikasi dari keramik :

1. Bahan ORGANIK bukan LOGAM;  Penggunaan dan pemakaiannya pada temperatur tinggi
2. Bahan dari senyawa LOGAM; (oksida,barida, karbida,dan nitrida)

Penggunaan keramik biasanya untuk Isolator, komponen-komponen abrasif, dapat digunakan sebagai lapisan penghalang termal contoh Batu Tahan Api (BTA)

Sifat-sifat umum dari Keramik

–          Keras dan getas

–          Kekuatan tarik rendah

–          Kekuatan Tekan Tinggi

–          Isolator yang baik

–          Tahan korosi

–          Tahan pada temperatur tinggi

3. POLIMER

Klasifikasi polimer dapat dibagi berdasarkan :

• Sumber atau asal

–          Alam : hewan, tumbuhan, dan mineral

–          Sintetis : hasil polimerisasi hasil polimer adisi

• Sifat termal

–          Termoplastik (selulosa, polisterin, Vinil)

–          Termoseting plastik (phenol, amino, furan, gemuk)

Sifat-sifat umum dari polimer

–          Ringan (masa jenis relatif rendah)

–          Tidak tahan temperatur tinggi

–          Kekuatan tarik rendah dan keuletan tinggi

–          Isolator yang baik

–          Modulus elastisitas rendah

4.KOMPOSIT

Merupakan gabungan dua jenis bahan atau lebih yang terdiri dari SERAT dan MATRIK, digabung dengan konstruksi tertentu tanpa mengubah sifat-sifat bahan penyusunnya.

Jenis-jenis serat :

–          serat gelas

–          serat karbon

–          serat polimer

–        serat logam

Klasifikasi dari komposit tergantung kepada bahan-bahan penyusun seperti :

• Beton bertulang

matrik = pasir, semen, kerikil

serat = batang baja

• Pahat karbida

matrik = Perlit

serat = karbida besi ( sementit)

• pahat CERMET

matrik = Keramik

serat = logam

• Carbonex

matrik = Resin

serat = serat karbon

Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya, pada bidang teknik mesin umumnya sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat –sifat itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah:

· Sifat mekanik

· Sifat fisik

· Sifat teknologi

Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci tentang sifat-sifat material tersebut

1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Perbedaan antara keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu.

Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujian mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructive test), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan keadaan dari material tersebut.

Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau spesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran, kemampuan mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak, kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya.

Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:

· Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi persatuan luas.

· Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.

· Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.

· Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau kemampuan material untuk menahan deformasi.

· Kekuatan luluh yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis.

· Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula.

· Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.

· Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi perpatahan.

· Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.

2. Sifat Fisik

Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain : temperatur cair, konduktivitas panas dan panas spesifik.

Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat mekanik dapat diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan material bahkan penemuan material baru.

3. Sifat Teknologi

Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las, sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu bentuk. Sifat material terdiri dari sifat mekanik yang merupakan sifat material terhadap pengaruh yang berasal dari luar serta sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang dikandung oleh material itu sendiri.